Принцип работы виброизолятора

Под низкочастотными будем понимать колебания основания в частотном диапазоне 0,5 – 5 Гц. Наиболее часто встречаются на практике колебания основания на частотах 1 – 2 Гц. Для проектирования эффективной системы виброзащиты необходимо выполнения условия (1.3.5). Эффективность по критерию k_R выполняется при условии (1.3.6). С учетом этого, собственная частота виброзащитной системы должна быть:

(1.4.1)

Таким образом, при частоте внешнего воздействия 1 – 2 Гц необходимо иметь собственную частоту колебаний виброизолированной установки 0,7 – 1,4 Гц.
Кроме того, выбранная виброзащитная система должна обладать и достаточным демпфированием для выполнения критерия kX’ < 1. С учетом этого имеем:

(1.4.2)

В работах [8, 21] даны рекомендации по проектированию виброзащитных систем такого класса. Для виброзащиты от низкочастотных колебаний желательно иметь крайне низкую частоту собственных колебаний виброзащитной установки. Изготовление и эксплуатация виброзащитной установки с линейной характеристикой, обладающей собственной частотой колебаний ниже 2 Гц, сопряжены с большими техническими трудностями. Однако если упругая характеристика виброизоляции нелинейна, то параметры упругих элементов можно подобрать таким образом, чтобы жесткость системы в некотором диапазоне статических перемещений виброизолированного объекта равнялась нулю. Впервые разработками таких систем начали заниматься в начале 70-ых годов XX века в СССР такие ученые как Алабужев П.М., Гритчин, Ким, Мигиренко, Ивович [8, 21, 32]. Среди первых систем квазинулевой жесткости следует отметить так называемую «ферму Алабужева» рис. 1.12, а. «Ферма Алабужева» рис. 1.12, а представляет собой «ферму Мизеса» из двух наклонных пружин жесткостью С1 и одну вертикальную пружину жесткостью С2. Упругая характеристика такой системы представлена на рис. 1.12 б. Численный расчет такой системы приведён в [7]. Более подробный расчет «фермы Алабужева» как системы квазинулевой жесткости приведен в [22, 23]. Там же разработана методика расчета параметров системы, приводящих к участку квазинулевой жесткости. Оказалось, что на появление участков квазинулевой жесткости оказывает влияние соотношение размеров установки, а также соотношение жесткостей наклонных и вертикальной пружин. Концепция такой виброзащитной системы (рис. 1.12 а) заключается в комбинации двух упругих элементов - грузового элемента и корректора жесткости, которые в определенном диапазоне статических перемещений имеют положительную и «отрицательную» жесткости соответственно. Таким образом, в заданном диапазоне статических перемещений система имеет точку, в которой жесткость равна 0 (видно на графиках рис. 1.12 при различных параметрах системы), а в окрестности этой точки жесткость системы имеет крайне низкие значения.

Рис. 1.12. «Ферма Алабужева» а) расчетная схема; б) упругая характеристика

На основе разработанной Алабужевым П.М. концепции виброзащиты с использованием виброизоляторов квазинулевой жесткости, им был разработан целый класс виброзащитных систем, преимущественно для целей виброзащиты ручного виброактивного оборудования (а/с №203556, а/с №192132, а/с №365513).